作者：Zeeya Merali
祈雨舞正借助激光技术进行二十一世纪的革新。光学物理学家已经证明，向空中发射激光可以触发水滴的形成，这项技术有朝一日可能有助于刺激降雨。
50多年来，人工降雨的努力一直集中在“云播撒”上——将细小的碘化银颗粒散布到空气中，作为“凝结核”，或雨滴可以围绕其生长的中心。“问题是，云播撒是否有效仍然不清楚，”瑞士日内瓦大学的光学物理学家热罗姆·卡斯帕里安说。“人们还担心向空气中添加碘化银颗粒对环境是否安全。”
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卡斯帕里安和他的同事意识到，可能存在一种更环保的替代方案。向空气中发射由短脉冲组成的激光束会使光束周围的氮气和氧气分子电离，产生等离子体，从而形成由电离分子组成的“等离子体通道”。卡斯帕里安解释说，这些电离分子可以充当天然的凝结核。
为了测试这项技术是否可以诱导水滴产生，研究人员将高功率激光发射到实验室中装有饱和空气的大气云室中（参见视频）。他们使用第二台标准的低功率激光照射云室，使其能够看到和测量产生的任何水滴。激光发射后，沿着等离子体通道立即形成了约 50 微米宽的水滴。在接下来的三秒钟内，随着较小的水滴聚结，水滴尺寸增长到 80 微米。该团队的研究结果在线发表在《自然·光子学》杂志上。
造雨者
卡斯帕里安及其团队的下一步是将这项技术带到户外。研究人员已经有使用等离子体通道改变天气的经验：2008年，他们证明，从他们的高功率便携式“Teramobile 激光器”发射的光束可以射入雷雨云，从而触发放电。光束之所以能够到达目标而没有发生偏转，是因为产生的等离子体通道改变了光在空气中传播的速度——在光束中心减速，在两侧加速。这使得光束不断自聚焦，有助于其在远距离上保持高强度（参见“弯曲的激光束穿过空气”）。
这一次，卡斯帕里安和他的同事在多个不同的夜晚和各种湿度条件下测试了 Teramobile 激光器。他们再次通过监测第二台激光器发出的光被水滴反向散射的程度来检测诱导的凝结量。在低湿度条件下，Teramobile 激光器没有诱导水滴产生。但卡斯帕里安说，当湿度较高时，该团队测得在 Teramobile 激光器发射后，反向散射量比之前高出 20 倍，这表明凝结水滴正在形成。
德国德累斯顿 FZD 德累斯顿-罗森多夫研究中心的激光物理学专家罗兰·绍尔布雷表示，该团队有潜力创造一项“突破性技术”。“这是激光首次被用于在户外引起凝结，”他说。
然而，这项技术仍处于早期阶段。“我们只能沿着激光通道产生凝结，所以我们明天还不能出去造雨，”卡斯帕里安指出。他和他的团队现在正在研究是否可以通过在天空中扫描激光来在更广阔的区域产生凝结。
德国卡尔斯鲁厄理工学院的大气物理学家托马斯·莱斯纳对以这种方式扩大该技术的可行性仍持谨慎态度。“我怀疑这是否可以用来按需触发降雨，”他说。但他补充说，这项技术将有其他用途。他说，研究人员现在应该校准激光产生的凝结量与当时大气条件之间的关系。“他们可以使用激光产生的凝结量作为衡量水分饱和度的指标，以帮助预测降雨的可能性，”他说。